联合核子研究所核问题实验室的研究人员与俄罗斯、哈萨克斯坦多个科研中心的同行合作,首次发现了锆-96同位素(96Zr)的单β衰变。为确认这一自然界中最罕见的单β衰变过程,物理学家进行了长达数年的连续测量。
这项实验最初的主要目标是研究锆-96的双β衰变,实验地点位于俄罗斯科学院核研究所巴克桑中微子观测站,地下深度相当于4900米水当量。研究团队使用了基于超高纯锗探测器的低本底实验装置SNEG,以尽可能降低环境辐射对测量结果的干扰。

寻找无中微子双β衰变(0νββ)是当代核物理和粒子物理中最重要的课题之一。若这一假设过程得到证实,将意味着存在超出标准模型的物理现象,表明轻子数可能不守恒,并证明中微子具有马约拉纳粒子性质,即中微子与反中微子本质上相同。
对无中微子双β衰变的研究还可能帮助科学家回答一个基础宇宙学问题:为什么宇宙中的物质远多于反物质。因此,通过能谱方法寻找无中微子双β衰变,将核物理与天体物理学、宇宙学直接联系在一起。
目前,锆-96被认为是未来研究无中微子双β衰变最有前景的候选核素之一。这种不稳定同位素的半衰期约比宇宙年龄长十亿倍。在探测器质量相同的情况下,锆-96发生双β衰变的概率几乎比另一种重要候选核——锗-76高出百倍。此外,锆-96的衰变能量高于天然放射性伽马射线能量的上限,有利于降低背景干扰。
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